CN103553180B - 可变反应容量的超声波农药废水降解装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可变反应容量的超声波农药废水降解装置，它包括反应容器、液位开关、控制器、多路切换开关组、驱动隔离模块、功率放大模块、阻抗匹配变压器、超声信号产生模块、匹配电感和多个换能器；其中，反应容器具有反应槽；液位开关的信号输出端与控制器相连接，并且安装在反应槽内；多个换能器，其安装在反应容器上，并且呈沿着液位升降方向上的并排布置状；超声信号产生模块的输出端与驱动隔离模块相连接；驱动隔离模块的输出端与功率放大模块相连接；本发明可以满足不同容积下的农药废水降解，并且同样具有很好地降解能力，同时防止换能器由于过度积热造成损坏，加快了对农药废水的清洗降解。
Description
技术领域
本发明涉及一种可变反应容量的超声波农药废水降解装置，属于超声波农药废水降解领域。
背景技术
目前，传统化学农药的大量使用已造成严重的全球性环境污染和生态破坏。近年来随着人们生活水平的提高，环境和生态平衡的问题日益受到关注，如何消除环境中的农药残留已成为世界各国的研究热点。目前世界范围内农药残留降解方法主要有：
1、吸附、洗涤和辐照等传统物理方法。此方法对低浓度残留农药的降解去除效果不够彻底、劳动强度大、耗水量大并且在洗涤过程中加入的洗涤剂存在二次污染问题。
2、氧化分解、水解和光化学降解等化学方法。利用此方法降解农药残留一般都比较耗时且成本较高，效果也不太明显，一些中间产物还会带来二次污染。
3、微生物降解、降解酶和工程菌等生物降解方法。目前这种方法在实际生产中应用较少，产品的稳定性和成本往往难以满足生产实践要求，还有待进一步的研究。
因此，研制出一套高效、节能、节水、无毒无害的残留农药降解方法对于活跃农产品加工市场、节约利用水资源、保护生态环境和人体健康具有重要的现实意义。90年代初，超声波降解技术以其高效、低耗、设备简单等优点，引起了研究人员及相关人士的关注，国内外学者在这方面开展了较多的研究。虽然已有将超声波应用于农药废水降解的相关研究，但大都是研究某种固定容积下的超声波对不同浓度不同种类农药废水降解的定性分析，都存在着结构复杂、条件固定、降解效率低、所处理废水量不可变等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种可变反应容量的超声波农药废水降解装置，它可以满足不同容积下的农药废水降解，并且同样具有很好地降解能力，同时防止换能器由于过度积热造成损坏，加快了对农药废水的清洗降解。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种可变反应容量的超声波农药废水降解装置，它包括反应容器、液位开关、控制器、多路切换开关组、驱动隔离模块、功率放大模块、阻抗匹配变压器、超声信号产生模块、匹配电感和多个换能器；其中，
反应容器，其具有反应槽；
液位开关，其信号输出端与控制器相连接，并且安装在反应槽内用于采集反应槽内液体的液位信号并将其传递给控制器；
多个换能器，其安装在反应容器上以便驱动反应槽内液体发生空化效应，并且呈沿着液位升降方向上的并排布置状；
超声信号产生模块，其输出端与驱动隔离模块相连接，用于产生超声驱动信号；
驱动隔离模块，其输出端与功率放大模块相连接，用于驱动功率放大模块正常工作；
功率放大模块，其输出端与阻抗匹配变压器连接；
阻抗匹配变压器，其输出端与匹配电感相连接，用于变换相应的换能器的阻抗，使其与信源阻抗相匹配；
匹配电感，其输出端分别通过多路切换开关组与相应的换能器选择性连接，用于对相对应的换能器进行调谐匹配；
控制器，其信号输出端与多路切换开关组的控制信号输入端相连接，用于根据相应的液位信号产生相应的切换控制信号传递给多路切换开关组；其信号输出端还与超声信号产生模块相连接，用于传递开关控制命令给超声信号产生模块控制其启停。
多路切换开关组，用于接收相应的切换控制信号并选择接通匹配电感和相应的换能器。
进一步，所述的超声信号产生模块具有SG3525控制芯片。
进一步，所述的驱动隔离模块包括全桥逆变电路和隔离变压器，隔离变压器具有一个输入端和两个输出端，并且两个输出端的线圈缠绕方向反向，全桥逆变电路的输入端与超声信号产生模块的输出端相连接，隔离变压器的输入端与全桥逆变电路的输出端相连接，隔离变压器的两个输出端分别与功率放大模块相连接。
进一步，所述的功率放大模块为半桥型D类功率放大电路。
进一步，所述的换能器为三个，所述的多路切换开关组为三路独立式切换开关。
更进一步，所述的多个换能器粘接在反应容器上反应槽的一侧。
采用了上述技术方案后，本超声波农药废水降解装置可以实现可变容积的超声波农药废水降解，有利于节约用水，增强清洗效果，保护换能器，并且该装置结构简单，控制方便，对寻找出一种高效、节能、节水、无毒无害的农药废水降解方法具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的可变反应容量的超声波农药废水降解装置的原理框图；
图2为本发明的反应容器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种可变反应容量的超声波农药废水降解装置，它包括反应容器1、液位开关、控制器、多路切换开关组、驱动隔离模块、功率放大模块、阻抗匹配变压器、超声信号产生模块、匹配电感和多个换能器2；其中，
反应容器1，其具有反应槽1-1；
液位开关，其信号输出端与控制器相连接，并且安装在反应槽1-1内用于采集反应槽1-1内液体的液位信号并将其传递给控制器；
多个换能器2，其安装在反应容器1上以便驱动反应槽1-1内液体发生空化效应，并且呈沿着液位升降方向上的并排布置状；
超声信号产生模块，其输出端与驱动隔离模块相连接，用于产生超声驱动信号；
驱动隔离模块，其输出端与功率放大模块相连接，用于驱动功率放大模块正常工作；
功率放大模块，其输出端与阻抗匹配变压器连接；用于对超声驱动信号进行功率放大；
阻抗匹配变压器，其输出端与匹配电感相连接，用于变换相应的换能器2的阻抗，使其与信源阻抗相匹配；
匹配电感，其输出端分别通过多路切换开关组与相应的换能器2选择性连接，用于对相对应的换能器2进行调谐匹配；匹配电感与换能器2静态电容C0实现调谐匹配，匹配电感可以手动切换感值，用以匹配不同液位工作状态下不同的静态电容C0；
控制器，其信号输出端与多路切换开关组的控制信号输入端相连接，用于根据相应的液位信号产生相应的切换控制信号传递给多路切换开关组；其信号输出端还与超声信号产生模块相连接，用于传递开关控制命令给超声信号产生模块控制其启停。
多路切换开关组，用于接收相应的切换控制信号并选择接通匹配电感和相应的换能器2。
超声信号产生模块具有SG3525控制芯片。通过改变第6脚电阻值产生超声波驱动信号，输出与驱动隔离模块相连。
控制器采用MSP430F149单片机，控制超声信号产生模块工作，根据水位开关的反馈信息控制三路独立式电子开关的通断来选择相应的换能器2工作。
为了提高信号的驱动能力，利于驱动后续的功率放大模块，驱动隔离电路，用于隔离超声信号产生模块和功率放大模块，它包括全桥逆变电路和隔离变压器，其中，全桥逆变电路的每一半桥的上管为NPN达林顿功率晶体管TIP122，下管为PNP达林顿功率晶体管TIP127，增加超声信号的功率，提高信号的驱动能力，利于驱动后续的超声功放电路；隔离变压器原副线圈匝数比为1:1，隔离变压器具有一个输入端和两个输出端，并且两个输出端的线圈缠绕方向反向，全桥逆变电路的输入端与超声信号产生模块的输出端相连接，隔离变压器的输入端与全桥逆变电路的输出端相连接，隔离变压器的两个输出端分别与功率放大模块相连接。
功率放大模块为半桥型D类功率放大电路，将前端产生的信号转换为高电压功率信号，输出连接到阻抗匹配变压器。
如图2所示，反应容器1的换能器2为三个，多路切换开关组为三路独立式切换开关，并且换能器2均粘接在反应容器1上反应槽1-1的一侧。
本实施例的工作原理如下：
首先确定好实验需要的超声波频率，在相应的反应容器1中加入适量的去离子水和反应物，假设实验水位在第二个换能器2处，控制器检测到液位开关的信号后得到液位高低的信息，控制多路切换开关组选择下面两排换能器2工作，超声信号产生模块产生两路同频反相峰值为5V的单极方波信号，传送至驱动隔离模块中的全桥逆变电路，两路同频反相峰值为5V的单极方波信号被放大整形为一路峰值为12V的双极方波信号，信号经由隔离变压器分成两路同频反相信号，驱动与其相连的功率放大模块，功率放大模块输出端连接阻抗匹配变压器，功率放大模块的源电压为220V交流电整流滤波后的电压(340V左右)，将其放大后在功率放大模块输出端连接阻抗匹配变压器，用于实现与换能器2电路的阻抗匹配，阻抗匹配变压器输出端连接匹配电感，用于实现与换能器2的调谐匹配，匹配电感输出端连接三路独立式切换开关，用来选择相应的换能器2工作，在超声电信号的作用下，换能器2将输入的超声电信号转化为高频机械振动并带动反应容器1振动，从而使反应容器1中的液体发生超声空化效应，对农药废水进行清洗和降解，实验结束后进行数据采集和分析。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种可变反应容量的超声波农药废水降解装置，其特征在于：它包括反应容器(1)、液位开关、控制器、多路切换开关组、驱动隔离模块、功率放大模块、阻抗匹配变压器、超声信号产生模块、匹配电感和多个换能器(2)；其中，
反应容器(1)，其具有反应槽(1-1)；
液位开关，其信号输出端与控制器相连接，并且安装在反应槽(1-1)内，用于采集反应槽(1-1)内液体的液位信号并将其传递给控制器；
多个换能器(2)，其安装在反应容器(1)上以便驱动反应槽(1-1)内液体发生空化效应，并且呈沿着液位升降方向上的并排布置状；
超声信号产生模块，其输出端与驱动隔离模块相连接，用于产生超声驱动信号；
驱动隔离模块，其输出端与功率放大模块相连接，用于驱动功率放大模块正常工作；
功率放大模块，其输出端与阻抗匹配变压器连接；
阻抗匹配变压器，其输出端与匹配电感相连接，用于变换相应的换能器(2)的阻抗，使其与信源阻抗相匹配；
匹配电感，其输出端分别通过多路切换开关组与相应的换能器(2)选择性连接，用于对相对应的换能器(2)进行调谐匹配；
控制器，其信号输出端与多路切换开关组的控制信号输入端相连接，用于根据相应的液位信号产生相应的切换控制信号传递给多路切换开关组；其信号输出端还与超声信号产生模块相连接，用于传递开关控制命令给超声信号产生模块控制其启停；
多路切换开关组，用于接收相应的切换控制信号并选择接通匹配电感和相应的换能器(2)。
2.根据权利要求1所述的可变反应容量的超声波农药废水降解装置，其特征在于：所述的超声信号产生模块具有SG3525控制芯片。
3.根据权利要求1所述的可变反应容量的超声波农药废水降解装置，其特征在于：所述的驱动隔离模块包括全桥逆变电路和隔离变压器，隔离变压器具有一个输入端和两个输出端，并且两个输出端的线圈缠绕方向反向，全桥逆变电路的输入端与超声信号产生模块的输出端相连接，隔离变压器的输入端与全桥逆变电路的输出端相连接，隔离变压器的两个输出端分别与功率放大模块相连接。
4.根据权利要求1或3所述的可变反应容量的超声波农药废水降解装置，其特征在于：所述的功率放大模块为半桥型D类功率放大电路。
5.根据权利要求1所述的可变反应容量的超声波农药废水降解装置，其特征在于：所述的换能器(2)为三个，所述的多路切换开关组为三路独立式切换开关。
6.根据权利要求1所述的可变反应容量的超声波农药废水降解装置，其特征在于：所述的多个换能器(2)粘接在反应容器(1)上反应槽(1-1)的一侧。
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